CN104685765A - 用于将磁铁机械地固定在轮辐转子中的夹持机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电机的转子，尤其是轮辐转子，带有一个围绕轴向延伸的转子轴线同心地布置的本体，带有布置在本体凹处的永久磁铁，并带有把永久磁铁固定在该凹处的夹持机构，其中该本体具有相邻的扇形段，永久磁铁布置在它们之间，其中该夹持机构具有止挡，以此在磁铁断裂或永久磁铁丢失时，贴在本体相邻的扇形段之一上。此外，本发明还涉及带有按照本发明的转子的电动机以及带有这样一种电动机的手持式工具机。

Description

用于将磁铁机械地固定在轮辐转子中的夹持机构
现有技术
本发明涉及一种用于电机的转子，尤其是轮辐转子，带有一个同心地围绕轴向延伸的转子轴线布置的本体，带有布置在本体的凹处的永久磁铁，并带有把永久磁铁固定在该凹处的夹持机构。此外，本发明还涉及带有按照本发明的转子的电动机以及带有这样一种电动机的手持式工具机。
为了把永久磁铁固定在尤其是同步电机的转子或定子的凹处中，它们传统地被压入凹处并借助于至少一个夹紧舌片夹紧。夹紧舌片在永久磁铁面向旋转轴的一侧不仅径向把永久磁铁设置和固定在转子的本体上,而且还将其轴向夹持。采用这种技术时，永久磁铁暴露于高的机械负载下，而且其表面和/或覆层往往尤其在压入该凹处时和/或在转子的运行条件下被刮伤。
此外，不仅转子叠片组，而且永久磁铁在转子或定子中存在的温度范围中，其往往在-40°至+160°C的范围,不同程度地膨胀。因为夹紧舌片与转子体或者转子体的叠片一体地形成，使它们由于不同的温度特性和在永久磁铁相对于叠片或者转子体不同的零件允差下, 可能无法充分平衡永久磁铁的温度特性和/或零件允差。
申请号为DE 10 2010 039 334的德国专利申请对此公开一种用于电机的转子或定子，其中在永久磁铁接合于其中的凹处内，单独布置弹性固定装置。该固定装置由于其弹性具有确定的弹簧特性和/或机械夹紧特性，使之可以这样确定尺寸，使得不仅可以补偿永久磁铁的零件允差,而且可以补偿在转子或定子控制的整个温度带宽上的温度特性。该固定装置布置在轴向固定装置上，它们各自垂直于转子轴线布置在永久磁铁的端部。因为该固定装置布置在轴向固定装置上，所以它们可以在一个工作步骤共同地装配在该凹处，并在磁铁断裂或永久磁铁丢失时保持在转子内。
本发明的公开
本发明的任务是，创造一种带有设置在转子或定子凹处内的夹持机构的转子或定子，以此可以非常好地补偿永久磁铁的零件允差及其温度特性，其中该夹持机构安装非常容易而且制造成本非常低廉。本发明的另一个任务是，即使在磁铁断裂时夹持机构也可以更可靠地固定在转子凹处。
该任务通过一种用于电机的转子或定子解决，它带有同心地围绕轴向延伸的转子轴线布置的本体，带有布置在本体凹处的永久磁铁，并带有把永久磁铁固定在该凹处的夹持机构，其中该本体具有相邻的扇形段，永久磁铁布置在它们之间，和其中，该夹持机构具有止挡，以此在磁铁断裂或永久磁铁丢失时贴在本体的相邻的扇形段之一上。
该止挡的作用是，在永久磁铁丢失时或在磁铁断裂时，夹持机构更可靠地固定在该凹处内，使之不能从该凹处或从转子掉出。这时，不需要用来防止夹持机构在磁铁断裂或永久磁铁丢失时掉出的附加固定装置。因此，对于按照本发明的转子可使用在装入状态下完全纳入该凹处内的夹持机构。
因为不设置轴向固定装置，所以该按照本发明的夹持机构与布置在轴向固定装置上的固定装置相比，其优点是它与在转子的这两个转子端部上结构关系无关。因此，对零件允差的要求显著降低。此外，夹持机构的安装因此非常简单。此外，按照本发明的夹持机构由于其性能可以用标准工艺制造。
下列实施方案涉及转子。但是本发明不限于转子，也可以应用于定子。
按照本发明的转子最好具有多个永久磁铁，它们均匀地在切线方向上分布地布置在转子中，其中对于每个永久磁铁至少设置一个夹持机构。该夹持机构最好在插入永久磁铁之后插入其凹处中。
其优点是，永久磁铁各自在夹持机构安装之前无需用力即可插入凹处。在本发明的意义上，无需用力表示永久磁铁不夹紧或不压入，而是这样接合，尤其是插入或放入，使之尤其是对永久磁铁的表面和/或覆层，这时，在机械上几乎不会或完全不会形成负荷。因此，它在插入其凹处内时不会损坏。因为永久磁铁在夹持机构安装之前插入该凹处，所以它只通过在该凹处内布置夹持机构才被夹紧。
此外，该夹持机构可用于不同长度的转子，其中在转子非常长时在某些情况下不仅一个夹持机构，而是在轴线方向上一个接一个地的将两个或更多的夹持机构插入该凹处。
该夹持机构最好在轴线方向上在凹处内延伸。它最好有一个贴在永久磁铁上的接触区域。该接触区域最好设置得垂直于转子的径向。它最好形成平面，或特别优选形成线型。为了不损坏永久磁铁，更加特别优选的是，夹持机构至少在接触区域在面向永久磁铁的一侧倒圆和/或弯曲到凹处内。夹持机构在接触区域的表面压力和/或夹紧力特别优选是恒定的。
该夹持机构最好形成弹性的。最好相对于回弹力是可变形，并因此具有确定的弹簧特性和/或机械夹紧特性。因此，其尺寸可以这样确定，使得不仅永久磁铁的零件允差，而且在转子中存在的温度带宽上的温度特性都可以通过该夹持机构平衡。在一个优选的实施形式中，该夹持机构是弹性地和塑性地构造成的，以便塑性变形之后尤其在永久磁铁张紧时，仍旧总是具有足够的弹性，以便平衡永久磁铁的零件允差和/或温度特性。
在一个优选的实施形式中，夹持机构构造成弹簧。它特别优选制造为金属的，尤其弹簧钢的冲压弯曲件。更加特别优选的是，它由平面延伸的材料，尤其由带状材料形成。同样最好用橡胶制造，或用塑料，例如弹性体制造。因此，夹持机构可以从传统的材料用传统的方法成本低廉地制造。
该夹持机构最好在径向上，即在从旋转轴辐射出去的方向上把永久磁铁固定在凹处内。因此，该永久磁铁在背向其夹持机构的一侧基本上无游隙地布置在该凹处内。
在一个优选的实施形式中，该夹持机构附带地在轴线方向上起作用。这时，夹持机构的弹性这样设计，使得永久磁铁夹紧在该凹处内。因此，它在轴向上最好不再可以移动。
在一个优选的实施形式中，转子的本体包括一个具有限定该凹处的配合支承面的轴区。该夹持机构最好有一个支承面，以此它支承在该配合支承面上。
在另一个优选的实施例中，至少几个扇形段通过纵向隔板与轴区连接。只要不是所有扇形段都通过纵向隔板与轴区连接，最好相邻的扇形段中至少有几个通过横向隔板彼此连接，以便保证足够的稳定性和转子的成型。横向隔板最好设置在本体背向转子轴线一侧，还最好与之一体地形成。
在一个特别优选的实施例中，夹持机构形成弧形或波形。在这些实施方式中，该夹持机构有两个开敞端，它们最好弯曲到凹处内，以便夹持机构轻易地插入凹处。
该夹持机构最好在接触区域与轴区的配合支承面隔开。在接触区域和配合支承面之间夹持机构最好有一个上升侧或下降侧。
在一个优选的实施形式中，该夹持机构相对于一个对称轴对称地构造，其走向在夹持机构的延伸方向上和/或垂直于延伸方向。其优点是，该夹持机构由于其对称性在安装期间与方向无关，并因此，操作可以非常简单。
该夹持机构最好具有波长、幅高和/或材料厚度。夹持机构的波长、幅高和/或材料厚度确定了其形状和特性，尤其是其可变形性、强度和/或变形方向。这些特性决定其弹簧强度。材料厚度较小的夹持机构，例如，与材料厚度较大的夹持机构相比，在同一波长和振幅下，通过施加较小的能量即可变形。因此，在振幅和波长相同的情况下，材料厚度较小的夹持机构的弹簧强度比材料厚度较大的夹持机构的弹簧强度低。通过调整夹持机构的形状和特性，它可以这样设计，使得可以覆盖在转子上出现的零件允差和在其整个带宽上的温度影响，并可能非常好地加以补偿。
该止挡最好或者设置在接触区域之前和/或之后，或者设置在接触区域内。这时，该止挡最好与轴区的配合支承面隔开。该止挡特别优选通过夹持机构的变宽形成。这可以特别简单地和成本低廉地制造。
在磁铁断裂或永久磁铁丢失时，该夹持机构最好在其背向转子轴线一侧贴在相邻的扇形段上。
该扇形段最好包括构造成凹槽的/用以至少接纳一个永久磁铁的第一区域和一个用于接纳永久磁铁的夹持机构的第二区域。在其面向转子轴线的一侧，该扇形段最好各有两个收集区，用来收集有效磁通。这时，扇形段的各个收集区与相邻的扇形段的收集区布置得面对面，以便该凹槽布置用于这些收集区之间的永久磁铁。在磁铁断裂或永久磁铁丢失时，该夹持机构最好贴在相邻扇形段的这两个收集区上，使之夹在它和该配合支承面之间。
该转子最好形成为轮辐转子，以便永久磁铁各自平行于这样的假设平面延伸，该平面通过一条在转子轴向上延伸的线和通过一条在转子的径向上延伸的线形成。它最好形成为扁平磁铁。但是本发明不限于轮辐转子，而且可以应用于带有不规则布置的永久磁铁的转子。
此外，该转子最好制造成为由多个叠片制成的金属薄片芯组。但是本发明也可以应用于由实心体形成的转子。
此外，该任务还用带有这样一种转子的电机解决。该电机，例如，是电动机、起动机、发电机或尤其汽车用的辅助驱动装置。在一个特别优选的实施例中，该电机是电动机，尤其是同步电机。
此外，该任务还用带有这样一种电动机的手持式工具机解决。这样一种手持式工具机，例如，是钻机、电锯等等。此外，该任务还用带有这样一种电动机的调整驱动装置解决。这样一种的调整驱动装置，例如，是伺服驱动装置或汽车用的后门或车窗调整驱动装置。
现将参照附图描述本发明。附图只作为示例，并不限制发明的一般构思。
图1表示按照本发明的转子用的夹持机构的一个实施方式，图1(a)以透视图，图1(b)和(c)以侧视图表示；
图2表示带有图1夹持机构的按照本发明的转子的剖面图，其中在图2(a)和(b)中在转子中没有布置永久磁铁，而其中在(c)和(d)中在转子中布置了永久磁铁，而且其中(b)表示(a)的放大剖面图，而(d)-(f) 各自表示(c)放大剖面图；
图3表示按照本发明的转子用的夹持机构的另一个实施方式，更确切地说(a)以透视图，而(b)以侧视图表示；
图4表示带有图3夹持机构的按照本发明的转子的剖面图，其中在(a)和(b)中在转子中没有布置永久磁铁，其中(c)和(d)中在转子中布置了永久磁铁，而且其中(b)表示(a)的放大剖面图，而其中(d)表示(c)的放大剖面图；而
图5表示通过按照本发明的转子的剖面。
图1在(a)-(c)中以透视图表示按照本发明的转子1用的夹持机构5的第一实施方式。所示夹持机构5是由弹簧钢钢板制成的冲压弯曲件。
夹持机构5在延伸方向20上延伸，并在这里形成弧形。因此，在断面(见图1(b))上它从开敞端52出发在延伸方向20上有一个上升侧521直至顶点522，其上连接下降侧523，它再次在开敞端52结束。因此，在这里夹持机构具有半波长54、振幅高度53和材料厚度55，它们确定其形状和特性。此外，它形成弹性的，并具有弹簧强度和回弹力，以便起弹簧作用。
通过改变其形状和特性，夹持机构5的尺寸可以这样确定，使得它把永久磁铁4固定在转子1的径向22上(见图2(c))，此外最好还固定在转子1的轴线方向21上，方法是将其夹在转子1的凹处6(见图2(c))。
垂直于延伸方向20，夹持机构5具有基本宽度561，它设计得使之可以轻易地插入凹处6。
在这里所示的实施方式中，夹持机构在顶点522的范围5220内有形成止挡51的两侧变宽部512。因此，夹持机构5在顶点522的范围5220内的总宽度563增大两个变宽部512的宽度562。
图2在(a)和(b)中表示插入转子1凹处6内的夹持机构5，其中在该转子1中没有布置永久磁铁4。转子1围绕转子轴线2同心延伸。在所示的实施例中，这里理想的是夹持机构5的延伸方向20等于转子1的轴向21。
所示转子1是一个轮辐转子，其中扁平磁铁作为永久磁铁4这样布置，使之呈轮辐状，就是说平行一个假设的平面(未示出)上延伸，该平面通过在转子1的轴线方向21和在转子1径向22走向的线(未示出)形成。在这样一种轮辐转子上，永久磁铁4在切线方向23上磁化，以便在转子1的切线方向23上总是磁北极N与磁南极S交替。在下文中轮辐转子这个概念与转子1作同义词使用。
转子1具有本体3，它形成为由多个叠片(未示出)形成的金属薄片芯组。它有扇形段30，其中这里在所有相邻的扇形段30之间都设置一个横向隔板33，以此使扇形段30彼此结合。但是本发明还包括转子1，其中金属薄片的所有相邻的扇形段30不通过横向隔板33彼此结合。
此外，本体3还具有轴区31，它围绕转子轴线2同心延伸，并设置来接纳轴(未示出)。扇形段30在这里各自通过纵向隔板32与轴区31连接。在扇形段30之间各自设置凹处6，每个都用来接纳一个永久磁铁4。
每个凹处6都有一个第一区域60，用来接纳永久磁铁4，形成袋形并在这里设置在本体3背离轴的一侧36；以及第二区域61，其中可布置夹持机构5，并设置在本体3面向轴的一侧37。
为了在轴线方向21上固定永久磁铁4，夹持机构5插入凹处6的第二区域61，以便使其延伸方向20的走向尽可能与轴向21平行。在其开敞端51上，为了避免刮切,被弯曲到凹处6内地设置，这时它们有一个支承面57(见图1(b))，夹持机构5以此支承在配合支承面35上，它在其面向轴的一侧622上限定该凹处6。
在当前的实施例中，支承面57和配合支承面35是平面。但是，原则上还可以设想该面57, 35的一种弧形(弯曲)的构造，例如，是围绕转子轴线2同心地形成。由于夹持机构的弧形扩展，它在顶点522的范围5220内与配合支承面35隔开一个振幅高度53。
扇形段30具有收集区34，设置来收集磁通。收集区34大致形成馅饼状，并有一个轴向21延伸的棱边59。夹持机构5这样设计，使得在凹处6中没有布置永久磁铁4时或在磁铁断裂时，以其止挡51顶着相邻扇形段30的收集区34的边缘59，它们之间可以布置永久磁铁4。
图2(c)和(d)表示带有在凹处6内布置了永久磁铁4的转子1。转子1的这个实施方式的永久磁铁4突出于相邻的扇形段30的收集区34的边缘59，以便它们突入在凹处6的其中建立夹持机构5的第二区域61中。
因此，在永久磁铁4插入凹处6内的情况下,在相邻扇形段30的收集区34的棱边59和夹持机构5之间有一个间隙305。以此夹持机构5在接触区域58中贴在永久磁铁4上，并夹在它和配合支承面35之间。因为在这里延伸方向20和轴向21的走向彼此大致平行，所以接触区域58的走向在这里线型地垂直于延伸方向20，并通过顶点522(见图1(a)和(b))。为了在永久磁铁4和夹持机构5之间达到尽可能小的表面压力，夹持机构5的轮廓在这里这样选择，使得接触区域58总是，亦即，即使夹持机构在凹处偏移或扭转的情况下(见图2(e)和(f))，也是最大的。
通过变宽部512形成的止挡51在切线方向23上两侧突出于永久磁铁4。只要在磁铁断裂时永久磁铁材料部分地分布在凹处6内，夹持机构5的回弹力的大小这样确定，使之受压顶着布置在切线方向23上永久磁铁两侧的收集区34的棱边59。因此，夹持机构5不仅在永久磁铁4丢失时，而且在磁铁断裂时，夹在相邻扇形段30的收集区34的边缘59和配合支承面35之间。
图2(e)和(f)各自表示图2(c)和(d)的转子1的剖面图。然而在图2(e)的情况下夹持机构5在凹处6内扭转，使得其延伸方向20的走向与轴向21形成角度24。在图2(f)的情况下，夹持机构5或夹持机构5在延伸方向上延伸的中线65从侧面对凹处6在轴向21上走向的中线63错开一个错开距离64。
永久磁铁4仍然被夹持机构5更可靠地保持，而且还在磁铁断裂时保证夹持机构5的夹紧。
于是，一方面夹持机构5的长度54(见Fig. 1(b))这样选择，使得在止挡区域532内在延伸方向20相对于轴向21的成角度的布置下夹持机构5的一个或两个开敞端52顶在限定凹处6的一个或两个纵向隔板32上，如图2 (e)所示。另一方面，该两个止挡51的宽度562这样选择，使得该两个止挡51之一在止挡区域532内顶住纵向隔板32，而另一止挡51仍然选择得足够宽，使得夹持机构5在磁铁断裂时仍受压顶着收集区34的棱边59，如图2(f)所示。
图3表示按照本发明的转子1用的夹持机构5的另一个实施例。
与图1和2的实施方式相反，但在该实施例中，止挡不在顶点522的区域5220或者在接触区域58建立，而是各自在此之前和之后，因此在上升侧和下降侧521, 523的范围内建立。
因此，这个夹持机构5，如图4所示，适用于其永久磁铁4完全布置在凹处6的第一袋形区域60内而不突入到第二区域61内的转子1。
因此，在该实施例中，夹持机构5在接触区域58突入到凹处6的第一区域60内。其优点是，夹持机构5导致在夹持机构5延伸方向20和转子1轴向21之间形成角度24的旋转几乎不再可能发生。因此，在凹处6的在轴线方向21上走向的中线63和夹持机构5的在延伸方向20上走向的中线65之间的侧向错开距离64几乎不再可能发生。
图5作为示例表示通过图4的实施方式的转子1的剖面。在这里永久磁铁4各自通过在轴线方向21上一个接着另一个之后地布置的两个夹持机构5被固定在凹处6中。
永久磁铁4在转子1中所示的固定也可能以类似的方式用在定子(未示出)中。

Claims (15)

1. 用于电机的转子(1)或定子，带有围绕在轴向(21)上延伸的转子轴线(2)同心地布置的本体(3)，带有布置在本体(3)的凹处(6)内的永久磁铁(4)，并带有把永久磁铁(4)固定在凹处(6)中的夹持机构(5)，其中本体(3)具有相邻的扇形段(30)，永久磁铁(4)布置在它们之间，
其特征在于，
夹持机构(5)具有止挡(51)，借此在磁铁断裂或永久磁铁(4)丢失时，夹持机构贴靠在本体(3)的相邻的扇形段(30)中的一个上。
2. 按照权利要求1的转子(1)或定子，其特征在于，止挡(51)通过夹持机构(5)的一个变宽部(512)形成。
3. 按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子，其特征在于，夹持机构(5)在磁铁断裂或永久磁铁(4)丢失时，在其背向转子轴线(2)一侧(502)贴在相邻的扇形段(30)之一上。
4. 按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子，其特征在于，本体(3)包括一个轴区(31)，它具有一个限定凹处(6)的配合支承面(35)，和其中，夹持机构(5)具有一个支承面(57)，借此支承面夹持机构支撑在配合支承面(35)上。
5. 按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子，其特征在于，扇形段(30)具有收集区(34)，其中在磁铁断裂或永久磁铁(4)丢失时，夹持机构(5)夹在相邻的扇形段(30)的两个收集区(34)和配合支承面(35)之间。
6. 按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子，其特征在于，它有多个永久磁铁(4)，它们均匀地在切线方向(23)上分布地布置在转子(1)中，其中对于每个永久磁铁(4)至少设置一个夹持机构(5)。
7. 按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子，其特征在于，夹持机构(5)有一个尤其线形的接触区域(58),在该接触区域中夹持机构贴在永久磁铁(4)上。
8. 按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子，其特征在于，夹持机构(5)在轴向(21)上延伸，其中在接触区域(58)之前和之后各设置一个止挡(51)，或其中在接触区域(58)中设置一个止挡(51)。
9. 按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子，其特征在于，夹持机构(5)是弹性的。
10. 按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子，其特征在于，夹持机构(5)是弧形或波形的。
11. 按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子，其特征在于，夹持机构(5)至少在接触区域(58)中在面向永久磁铁(4)的一侧被倒圆，和/或被弯曲到凹处(4)内。
12. 按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子，其特征在于，夹持机构(5)具有两个开敞端(52)，它们被弯曲到凹处(6)内。
13. 按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子，其特征在于，它是一个轮辐转子。
14. 带有按照前述权利要求中任一项的转子(1)或定子的电动机，尤其同步电机。
15. 带有按照权利要求14的电动机的手持式工具机。
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